電力工程師職稱論文范文改進(jìn)SQP法的DG定容研究

　　摘要：近年來，由于分布式電源具有投資小、清潔環(huán)保、供電可靠和發(fā)電方式靈活等優(yōu)點(diǎn)，它作為利用可再生能源的理想形式得到快速發(fā)展。分布式發(fā)電通常以接入配電網(wǎng)為主，會對配電網(wǎng)的電能質(zhì)量、電網(wǎng)可靠性、配網(wǎng)損耗和繼電保護(hù)等方面產(chǎn)生影響。所以，在DG接入配電網(wǎng)之前，必須對其進(jìn)行規(guī)劃。本文采用改進(jìn)的SQP算法對配電網(wǎng)中分布式電源定容問題進(jìn)行研究。實(shí)例計算比較表明該算法是可行有效的。

　　關(guān)鍵詞：分布式電源,配電網(wǎng),定容,改進(jìn)SQP法

　　0 引言

　　分布式電源( DG，Distributed Generation )是指支持現(xiàn)存配電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、為滿足用戶特定需要或同時滿足這兩方面要求，以小規(guī)模(發(fā)電功率在數(shù)千瓦至50MW的小型模塊)、分散式的方式布置在用戶附近, 可獨(dú)立地輸出電能的系統(tǒng)。[1]分布式電源種類主要包括風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電、微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電、燃料電池發(fā)電和生物質(zhì)能發(fā)電等。DG以接入配電網(wǎng)運(yùn)行為主，在不考慮配電網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及負(fù)荷分布的條件下，其對配電網(wǎng)絡(luò)的影響程度主要與DG的安裝地點(diǎn)和安裝容量有關(guān)。所以，在DG接入配電網(wǎng)前，必須對其進(jìn)行合理規(guī)劃。

　　國內(nèi)外眾多學(xué)者對這一問題提出了多種解決方法。文獻(xiàn)[2][3]等提出了基于遺傳算法的DG規(guī)劃方法，文獻(xiàn)[4]提出了基于PSO的優(yōu)化方法;文獻(xiàn)[5]運(yùn)用差分進(jìn)化法，通過分析電壓對功率的變化率( )的敏感度來選擇DG接入的位置。此外，文獻(xiàn)[6]還介紹了一種基于功率圓的DG選址和定容方法。這些方法對于規(guī)劃工作都具有啟發(fā)意義。

　　1 DG定容問題建模

　　最優(yōu)化DG容量問題是一個高度非線性化的求解問題，目標(biāo)函數(shù)、等式和不等式約束均為非線性。

　　1.1目標(biāo)函數(shù)

　　以配電網(wǎng)有功網(wǎng)損最小為目標(biāo)函數(shù)：是有NB條母線的配電網(wǎng)的有功網(wǎng)損此外，該式還可以表示為：

　　1.2等式約束

　　等式約束指表明在配電系統(tǒng)中任意母線的有功和無功功率守恒的非線性潮流等式。即流入母線的復(fù)功率的總量為零：

　　1.3不等式約束

　　有兩組需要滿足的不等式約束，第一組是系統(tǒng)的邊界條件。包括配電網(wǎng)絡(luò)母線的電壓、相角和功率因數(shù)。電壓和相角最大最小值限制由系統(tǒng)的物理?xiàng)l件限制。通常電壓大小波動不得超過 ，DG的功率因數(shù)上下限由安裝在配電網(wǎng)絡(luò)中DG的類型決定。約束條件的數(shù)學(xué)表述如下：

　　第二組約束是DG容量約束。DG的容量不能超過由變電所提供的功率，且要限制在饋電線路中的潮流以保證不達(dá)到其熱極限。約束條件的數(shù)學(xué)表述如下：

　　2 基于改進(jìn)SQP法的求解流程

　　序列二次規(guī)劃法(SQP，Sequential Quadratic Programming)是求解一般性有非線性約束條件的優(yōu)化問題最有效的算法之一。其基本思想是：在每一迭代步通過求解一個二次規(guī)劃子問題來確立一個下降方向，以減少價值函數(shù)來取得步長。重復(fù)這些步驟直到求得原問題的解。

　　但由于式(3)和式(4)是一個非線性項(xiàng)和三角函數(shù)項(xiàng)混合的表達(dá)式。當(dāng)用傳統(tǒng)的SQP法求解時，由此而導(dǎo)致Hessian矩陣和Jacobian矩陣的元素在每一次迭代中都要更新，從而使運(yùn)算時間大大增加。

　　由此提出改進(jìn)的SQP法(FSQP，F(xiàn)ast SQP)。每一次迭代，通過調(diào)用FFRPF(Fast and Flexible Radial Power Flow)潮流計算程序[4]計算選定位置接入DG的線路潮流、配電網(wǎng)母線電壓向量 ，由此更新DG容量。

　　3 算例分析

　　如圖2所示，采用IEEE33節(jié)點(diǎn)配電網(wǎng)絡(luò)作為測試系統(tǒng)。其電壓等級為12.66kV，一條主饋線和三條支路饋線的總功率需求為3715kW和2300kvar。分別采用傳統(tǒng)SQP法和改進(jìn)的FSQP法對單個核多個DG進(jìn)行定容，采用APC(All Possible Combinations)法[4]進(jìn)行選址。

　　4 結(jié)論

　　由運(yùn)算結(jié)果可知，DG的接入可以使饋線上流動的潮流減小，電壓損耗、有功網(wǎng)損減小，從而使得饋線上各點(diǎn)的電壓有所抬高。同時，有功網(wǎng)損的大小與接入配電網(wǎng)中DG的位置和容量有密切的關(guān)系。在IEEE33節(jié)點(diǎn)配電網(wǎng)模型中，采用FSQP法比傳統(tǒng)的SQP法的運(yùn)算時間減少了76%~88%，可見FSQP法在運(yùn)算速度方面確實(shí)具有顯著的優(yōu)越性。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]徐青山.分布式發(fā)電與微電網(wǎng)技術(shù).人民郵電出版社.2011.11

　　[2]Ehsan Naderi, Hossein Seifi, Mohammad Sadgh Sepasian.A Dynamic Approach for Distribution System Planning Considering Distributed Generation. IEEE Transaction on Power Delivery.2012.6.1313-1322

　　[3]李德全，徐建政，羅勇.含分布式電源的配電網(wǎng)擴(kuò)展規(guī)劃.電力系統(tǒng)及其自動化學(xué)報.2012.10.88-92

　　[4]Mohamad AlHajri.Sizing and Placement of Distributed Generation in Electrical Distribution Systems using Conventional and Heuristic Optimization Methods.Dalhousie University Halifax,Nova Scotia.2009.6

　　[5]L.D. Arya，Atul Koshti，S.C. Choube. Distributed Generation Planning Using Differential Evolution Accounting Voltage Stability Consideration. Electrical Power and Energy Systems. 42(2012) 196-207

　　[6]荊江平，文杰.基于功率圓的分布式電源并網(wǎng)選址和定容研究.水電能源科學(xué).2012.3 180-183

　　[7]馬昌鳳.最優(yōu)化方法及其MATLAB程序設(shè)計.科學(xué)出版社.2009.12

　　[8]楊勇平.分布式能量系統(tǒng).化學(xué)工業(yè)出版社.2011.2

　　[9]Leon Freris, David Infield. Renewable Energy in Power Systems.Wiley Publishing Company.2008

　　[10]Alexandre Barin, Luis F. Pozzatti, Luciane N. Canha, Ricardo Q. Machado, Alzenira R. Abaide, Gustavo Arend. Multi-objective Analysis of Impacts of Distributed Generation Placement on the Operational Characteristics of Networks for Distribution System Planning. Electrical Power and Energy Systems 32(2010)1157-1164